圖像感知哈希若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、人們公認(rèn)當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了多媒體時(shí)代。由于圖像具有直觀生動(dòng),承載信息量大的特點(diǎn),已經(jīng)由文字的補(bǔ)充,成為與文字同等重要的媒體形式,在信息傳播中起到了無(wú)法替代的作用。隨著圖像在社會(huì)生活中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用,對(duì)圖像的管理和安全保障也產(chǎn)生了更高的新需求。感知哈希技術(shù)通過(guò)對(duì)圖像內(nèi)容的簡(jiǎn)短摘要和基于摘要的匹配,可以很好地適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的需求,是一種受到廣泛關(guān)注的新興技術(shù)。但目前關(guān)于感知哈希的理論基礎(chǔ)還不夠完善,研究者對(duì)不同模式下的感知哈希的性能需

2、求及測(cè)評(píng)問(wèn)題的理解還比較模糊,現(xiàn)有算法在多種性能上還不足以滿足實(shí)際需求。因此非常有必要攻克圖像感知哈希關(guān)鍵技術(shù),為圖像感知哈希算法評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)和支撐,設(shè)計(jì)出高性能圖像感知哈希算法,推動(dòng)圖像感知哈希技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。
　　本文在系統(tǒng)綜述感知哈希的基本概念、應(yīng)用模式及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,總結(jié)出感知哈希技術(shù)現(xiàn)存的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,針對(duì)這些問(wèn)題,本文進(jìn)行了如下創(chuàng)新性研究:
　　系統(tǒng)研究了感知哈希在識(shí)別模式、認(rèn)證模式的重點(diǎn)性

3、能指標(biāo)及其測(cè)評(píng)方法。對(duì)于識(shí)別模式,通過(guò)對(duì)基于類內(nèi)測(cè)試和類間測(cè)試的魯棒性、區(qū)分性測(cè)試方法的分析,指出現(xiàn)有方法的不足和改善方向。對(duì)于認(rèn)證模式,通過(guò)對(duì)認(rèn)證模式的需求分析提出鑒別性的概念,用于評(píng)價(jià)算法區(qū)分局部篡改與內(nèi)容保持操作的能力,并給出了等感知距離曲線的鑒別性測(cè)評(píng)方法。對(duì)比分析了與安全性相關(guān)的單向性、擴(kuò)散性、抗碰撞性概念,澄清了這些特性與安全性的關(guān)系,針對(duì)目前缺乏測(cè)試方法的擴(kuò)散性,提出了基于翻轉(zhuǎn)率分布曲線的測(cè)評(píng)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了等感知距離

4、曲線和翻轉(zhuǎn)率分布曲線的有效性。
　　針對(duì)目前識(shí)別模式的感知哈希算法普遍存在對(duì)幾何攻擊魯棒性不足的問(wèn)題,提出了基于SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征點(diǎn)的圖像感知哈希算法。通過(guò)對(duì)SIFT特征點(diǎn)進(jìn)行篩選和壓縮,基于特征質(zhì)心的量化,編碼得到感知摘要,設(shè)計(jì)了基于廣義集合距的匹配算法。算法充分保留了SIFT特征點(diǎn)對(duì)圖像內(nèi)容的標(biāo)識(shí)性,可有效的抵抗常見(jiàn)的內(nèi)容保持操作,特別是對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度變換、剪切等幾

5、何攻擊的魯棒性明顯優(yōu)于對(duì)比感知哈希算法。
　　針對(duì)目前認(rèn)證模式的感知哈希算法存在篡改檢測(cè)性能低的問(wèn)題,分別提出了一種基于信息融合感知哈希算法、一種基于視覺(jué)顯著圖的感知哈希算法,并進(jìn)行了較充分的測(cè)試。信息融合的算法通過(guò)綜合不同特征的優(yōu)點(diǎn),在利用全局特征解決魯棒性和區(qū)分性的基礎(chǔ)上,利用局部特征完成篡改檢測(cè)功能?；陲@著圖的算法可提取符合人類神經(jīng)生理學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)的圖像顯著特征,使得對(duì)有意義的篡改檢測(cè)為可能。在較大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6、表明,本文提出的算法在不影響魯棒性、區(qū)分性的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)高于已有算法的篡改檢測(cè)性能,更適合與認(rèn)證應(yīng)用需求。
　　由于目前感知哈希算法普遍存在擴(kuò)散性不足的問(wèn)題,直接導(dǎo)致算法的安全性不高。針對(duì)這一問(wèn)題,本文以生物認(rèn)證領(lǐng)域的安全技術(shù)模糊承諾(Fuzzy Commitment)為基礎(chǔ),提出了基于模糊承諾的感知哈希認(rèn)證方案。分析和實(shí)驗(yàn)表明,只要有針對(duì)性的選擇系統(tǒng)參數(shù),可以保證基于模糊承諾的感知哈希認(rèn)證方案幾乎不犧牲原有感知哈希算法的魯棒性